已经成为方便检测的日益重要的工具，在环境评估，国土安全，临床药物检测和医疗保健领域，特别是在资源有限的环境中，可以立即获得结果。

有鉴于此，厦门大学侯旭团队展示了一个主客体液体门控机制，将分子界面识别行为转化为可视量化的检测信号。实现了定量化学检测，这对于构建便携式、价格合理的现场传感平台具有明显的优势，从而能够在没有光学/电气设备的情况下对目标分子进行视觉定量测试。实验和理论计算证实了系统的特异性和可扩展性。该机制还可以通过合理设计主客体复合物来定制，以定量和视觉地检测各种分子。凭借多功能性和无附加设备的优势，这种检测机制有可能彻底改变环境监测、食品安全分析、临床药物检测等。这项研究工作以Host-guest liquid gating mechanism with specific recognition interface behavior for universal quantitative chemical detection为题发表在著名期刊Nature Communications上。

HG-LGS是通过将包含主体（大环分子）和客体（表面活性剂）的功能性门控液浸渍在亲水尼龙膜中来制造的。选择合适的主客体系统作为HGLG中的门控液体至关重要。具有高亲和力和特异性识别的大环分子将形成具有独特主客体相互作用的特定主客体对。表面活性剂分子为客体指示剂，溶液中的表面活性剂分子通常优先位于疏水端的界面结构面向空气相的界面处，从而允许表面活性降低系统的表面张力。当表面活性剂分子的疏水链进入大环分子的疏水腔时，表面活性被屏蔽，这为分析人员响应机制提供了潜在的框架。当特定且竞争性的靶分子存在于门控液体中时，表面活性剂指示剂被置换到溶液中，在溶液中它占据表面，导致低临界。相反，非特异性分子（弱竞争者）不能取代表面活性剂指示剂，系统仍然保持较高的临界值。HG-LGS可以实现视觉、定量。HG-LGS的机制确保了界面处目标响应的直接转换以获得定量和视觉参数，这与先前报道的荧光或电化学传感器的机制完全不同。

十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）是一种具有长烷基链（疏水端）和季铵基（亲水端）的两亲分子，是建立HG-LGS的关键表面活性剂分子。当将CTAB溶液引入HG-LGS的门控液中时，增加CTAB浓度将降低门控液的表面张力。主腔是建立HG-LGS的另一个重要因素，HG-LGS通过调节门控液的表面活性来确定具有主客体相互作用的传感器的特异性和定量性能。

作者选择苯丙氨酸-甘氨酸-甘氨酸（PheGly-Gly）作为分子识别模型，以测试HG-LGS的可行性。Phe-Gly-Gly分子是CB8的客体，通常由IDA和NMR检测。随着Phe-Gly-Gly浓度的增加，HG-LGS中气体的临界压力和门控液的表面张力均逐渐降低。该结果表明，Phe-Gly-Gly可以通过取代主客体相互作用中的表面活性剂来有效影响HG-LGS的门控行为。在不同CB8:CTAB摩尔比下临界压力变化期间的目标响应结果显示，在不同的CB8:CTAB摩尔比下，P0-P值是不同的。在2:1时，P 0-P值呈现缓慢增加的趋势，主要源于开始时大量的游离CB8。在1.5:1的比例下，压力值和分析物浓度在0-100M的浓度范围内呈现线性关系。当Phe-Gly-Gly的浓度降至10M时，存在588Pa的压降，这足以感测目标分子。此外，还进一步研究了CB8CTAB与具有不同结合亲和力的客体之间的竞争性结合。结果表明，那些潜在的干扰分子（金属离子、胆固醇和脂肪酸）不会影响系统的门控行为。

作者通过比较来自热力学的不同配合物的结合能，以定量评估各种客体分子与CB8的竞争效应。使用具有全电子密度泛函理论的Molclus程序的半经验量子力学方法来寻找最佳的复杂结构。作者选择合适基组（6-311G（d，p））的计算方法来计算并获得相对精确的结合能值。结果表明，与其他三肽（Trp-Gly-Gly和His-Gly-Gly）、氨基酸（Phe，Trp和His）和表面活性剂CTAB相比(232 kJ mol 1)，CB8更容易与两个Phe-Gly-Gly分子结合，结合能最低(427 kJ mol 1）。结合能越低，复合物的热力学稳定性越好，并且它在系统中存在的可能性越大。这意味着Phe-Gly-Gly可以驱动CTAB指示剂离开CB8腔，诱导气体跨膜行为的改变。

作者设计了一种简单的装置，实现了主客体分子识别向定量和视觉参数的转变。标记由从腔室释放的气体（空气）推动，以指示由HG-LGS中目标分子浓度变化引起的临界压力变化，从而可以进行目视检测。标记物运动的时间依赖性结果表明标记物的运动速率与Phe-Gly-Gly浓度呈正相关。高Phe-Gly-Gly浓度导致表面活性剂分子的更多位移和HG-LGS传感器的临界压力的明显降低，导致标记物的快速移动如何学习性知识。一系列结果证明该系统可以通过结合主客体相互作用和液体门控技术成功地将分子识别信号转换为定量和视觉物理信号。

在药物和生物医学领域中非常需要具有刺激响应释放能力的药物递送系统。作为概念验证，作者设计了一种基于HG-LGS的设备来验证定期释放物质的可行性。二氧化碳（CO2）的成功定量释放取决于门控液中靶分子的控制以改变跨膜行为。在CO 2气流和目标分子浓度之间建立校准曲线。增加靶分子浓度，增加二氧化碳流量，二氧化碳指示剂的颜色从蓝色变为绿色变为。靶分子的浓度值可以用不同的颜色表示，这很容易用肉眼识别。HG-LGS有可能通过定量调节目标浓度来控制药物释放，从而获得视觉色彩结果。集成到人工智能中可以获得HG-LGS刺激响应释放机制的可穿戴设备，这将为药物检测和治疗提供潜在的方法。

为了探索HG-LGS的通用性和多功能性，作者使用SDBS作为主客体系统来检测美金刚。实验结果显示标记物的运动速率随着美金刚胺量的增加而逐渐增加。标记物的移动距离与美金刚浓度呈线性关系，这使得能够使用HG-LGS定量检测美金刚。检测限为3.52M，检测范围为0-80M。因为功能化的大环分子可以结合广泛的目标，这里开发的检测机制可以直观地量化许多其他目标。